JP7381867B2 - Terahertz light generation device and terahertz light generation method - Google Patents

Terahertz light generation device and terahertz light generation method Download PDF

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明はテラヘルツ光発生装置およびテラヘルツ光発生方法に関し、より詳しくは、非線形光学結晶に所定の位相整合条件を満たした交差角でポンプ光とシード光とを入射させてテラヘルツ光を発生させるテラヘルツ光発生装置と、その際のポンプ光とシード光との交差角を測定するテラヘルツ光発生方法に関する。 The present invention relates to a terahertz light generation device and a terahertz light generation method, and more particularly, to a terahertz light generation device and a terahertz light generation method, and more specifically, a terahertz light generation device that generates terahertz light by making pump light and seed light enter a nonlinear optical crystal at an intersection angle that satisfies a predetermined phase matching condition. The present invention relates to a generator and a terahertz light generation method for measuring the intersection angle between pump light and seed light.

従来、テラヘルツ光発生装置は公知であり、例えば光注入型テラヘルツパラメトリック発生装置(Is-TPG)として、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、ポンプ光とシード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶とを備えたものが知られている(特許文献1)。
特に特許文献1のテラヘルツ光発生装置では所要の波長のテラヘルツ光を発生させることが可能となっており、ポンプ光とシード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光またはシード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段が設けられている。
Conventionally, terahertz light generation devices are known, and for example, as an optical injection type terahertz parametric generator (Is-TPG), there are a pump light oscillator that oscillates pump light, a seed light oscillator that oscillates seed light, and a pump light oscillator that oscillates seed light. A device is known that includes a nonlinear optical crystal that generates terahertz light when light is incident at an intersection angle that satisfies a required phase matching condition (Patent Document 1).
In particular, the terahertz light generating device of Patent Document 1 is capable of generating terahertz light of a required wavelength, and the pump light and seed light are directed to the nonlinear optical crystal at an intersection angle that satisfies the required phase matching condition. A light guide means is provided for guiding at least one of the pump light and the seed light so as to be incident thereon.

特開2018-77427号公報JP2018-77427A

上記特許文献1では、上記導光手段を用いてポンプ光とシード光との交差角を設定できるが、実際には装置全体での機械的な誤差等が存在することから、導光手段によって導光したポンプ光とシード光との交差角が位相整合条件を満たしているか否かを確認する必要がある。
そのための作業としては、上記テラヘルツ光発生装置より非線形光学結晶を取り外し、ポンプ光とシード光との交差位置から離隔した2点でポンプ光とシード光との光軸間距離を測定し、これら測定した2点の光軸間距離と、交差位置から各測定位置までの距離とを用いて、交差角を算出する方法が取られていた。
しかしながら、このような測定方法では非線形光学結晶の取り外しや装着といった作業が必要であり、作業が煩雑であるという問題があるほか、これらの作業によってさらなるずれを生じさせるおそれがあった。
このような問題に鑑み、本発明はポンプ光とシード光との交差角を容易に測定することが可能なテラヘルツ光発生装置を提供するとともに、テラヘルツ光発生方法を提供するものである。
In Patent Document 1, the intersection angle between the pump light and the seed light can be set using the light guiding means, but in reality, there are mechanical errors in the entire device, so the light guiding means is used to set the intersection angle between the pump light and the seed light. It is necessary to check whether the intersection angle between the emitted pump light and the seed light satisfies the phase matching condition.
To do this, we removed the nonlinear optical crystal from the terahertz light generator, measured the distance between the optical axes of the pump light and the seed light at two points separated from the intersection of the pump light and the seed light, and A method has been adopted in which the intersection angle is calculated using the distance between the optical axes of the two points and the distance from the intersection position to each measurement position.
However, such a measurement method requires operations such as removing and attaching the nonlinear optical crystal, and there is a problem that the operations are complicated, and there is a risk that further deviations may occur due to these operations.
In view of these problems, the present invention provides a terahertz light generation device that can easily measure the intersection angle between pump light and seed light, and also provides a terahertz light generation method.

すなわち請求項1の発明にかかるテラヘルツ光発生装置は、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記ポンプ光上記シード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶と、上記ポンプ光上記シード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光または上記シード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段とを備えたテラヘルツ光発生装置において、
上記導光手段と上記非線形光学結晶との間に設けられ、上記ポンプ光および上記シード光の一部を取り出すとともに残りを上記非線形光学結晶に照射させる取り出し手段と、上記取り出し手段より取り出した上記ポンプ光上記シード光との交差位置に設けられ、当該ポンプ光と当該シード光とを通過させる通過部が形成された交差位置規定部材と、上記通過部を通過した上記ポンプ光および上記シード光を受光する撮像手段と、上記撮像手段が受光した画像に基づいて上記ポンプ光と上記シード光との光軸間距離を測定する光軸間距離測定手段と、上記光軸間距離と上記撮像手段から上記交差位置規定部材までの部材間距離とから、上記ポンプ光と上記シード光との交差角を算出する算出手段とを備えることを特徴としている。
また請求項4の発明にかかるテラヘルツ光発生方法は、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記ポンプ光上記シード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶と、上記ポンプ光上記シード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光または上記シード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段とを備えたテラヘルツ光発生装置に対し、
上記非線形光学結晶に入射する前の上記ポンプ光および上記シード光の一部を取り出し、
取り出した上記ポンプ光上記シード光とが交差する交差位置に、上記ポンプ光および上記シード光とが通過可能な通過部を有する交差位置規定部材を配置し、
上記交差位置規定部材の通過部を通過した上記ポンプ光と上記シード光とを撮像手段によって受光し、
撮像手段が撮像した画像から認識した上記ポンプ光と上記シード光との光軸間距離と、上記撮像手段から上記交差位置規定部材までの部材間距離とから、上記ポンプ光と上記シード光との交差角を算出することを特徴としている。
That is, the terahertz light generation device according to the invention of claim 1 includes a pump light oscillator that oscillates pump light, a seed light oscillator that oscillates seed light, and the pump light and the seed light satisfy a required phase matching condition. a nonlinear optical crystal that generates terahertz light when incident at an intersecting angle; and a nonlinear optical crystal that generates terahertz light when incident at an intersecting angle ; A terahertz light generation device comprising a light guiding means for guiding at least one of the lights ,
an extraction means provided between the light guiding means and the nonlinear optical crystal , for taking out a part of the pump light and the seed light and irradiating the rest onto the nonlinear optical crystal; and a pump taken out from the extraction means. an intersection position defining member provided at an intersection position of the light and the seed light , and having a passage section formed therein for passing the pump light and the seed light ; an imaging means for receiving light, an optical axis distance measuring means for measuring an optical axis distance between the pump light and the seed light based on an image received by the imaging means, and a distance between the optical axes and the imaging means. The present invention is characterized by comprising a calculation means for calculating an intersection angle between the pump light and the seed light from the distance between the members to the intersection position defining member.
Further, the terahertz light generation method according to the invention of claim 4 includes a pump light oscillator that oscillates pump light, a seed light oscillator that oscillates seed light, and the pump light and the seed light satisfy a required phase matching condition. a nonlinear optical crystal that generates terahertz light when incident at an intersecting angle; and a nonlinear optical crystal that generates terahertz light when incident at an intersecting angle ; For a terahertz light generation device equipped with a light guiding means for guiding at least one of the lights ,
Taking out a part of the pump light and the seed light before entering the nonlinear optical crystal,
disposing an intersection position defining member having a passage portion through which the pump light and the seed light can pass, at an intersection position where the extracted pump light and the seed light intersect;
receiving the pump light and the seed light that have passed through the passage portion of the intersection position defining member by an imaging means;
The distance between the pump light and the seed light is determined from the distance between the optical axes of the pump light and the seed light recognized from the image taken by the imaging means and the distance between the members from the imaging means to the intersection position defining member. It is characterized by calculating the intersection angle.

上記発明によれば、ポンプ光およびシード光の一部を取り出して交差角を測定するため、非線形光学結晶を装着したまま作業を行うことができ、また交換に伴うずれも生じないため、効率的かつ容易に交差角の測定を行うことができる。 According to the above invention, since a part of the pump light and seed light is taken out to measure the intersection angle, the work can be carried out with the nonlinear optical crystal attached, and there is no shift due to replacement, so it is efficient. Moreover, the intersection angle can be easily measured.

本実施例にかかるテラヘルツ光発生装置の平面図A plan view of the terahertz light generation device according to this example ポンプ光とシード光の交差角を測定する交差角測定装置の拡大図Enlarged view of the intersection angle measurement device that measures the intersection angle of the pump light and seed light 撮像手段によって撮影されたポンプ光とシード光とについての参考画像Reference images of pump light and seed light taken by imaging means

以下、図示実施例について説明すると、図1はテラヘルツ光THを用いて検査対象物Oの品質検査を行うテラヘルツ光発生装置1を示している。
上記テラヘルツ光発生装置1は、ポンプ光L1を発振させるポンプ光発振器2と、シード光L2を発振させるシード光発振器3と、シード光L2とポンプ光L1とが入射されるとテラヘルツ光THを発生させる非線形光学結晶4と、シード光発振器3から発振されたシード光L2を上記非線形光学結晶4に対して所定の入射角で入射させる導光手段5とを備え、これらはパーソナルコンピュータ(PC)やプログラマブルロジックコンピュータ(PLC)からなる制御手段6によって制御されるようになっている。
上記構成を有するテラヘルツ光発生装置1によれば、上記シード光L2とポンプ光L1とを非線形光学結晶4の位相整合条件を満たす所要の交差角θで入射させることによりテラヘルツ光THを発生させるものとなっており、本実施例のテラヘルツ光発生装置1は光注入型テラヘルツパラメトリック発生装置(Is-TPG)として構成されたものとなっている。
The illustrated embodiment will be described below. FIG. 1 shows a terahertz light generating apparatus 1 that performs a quality inspection of an object to be inspected O using terahertz light TH.
The terahertz light generating device 1 includes a pump light oscillator 2 that oscillates pump light L1, a seed light oscillator 3 that oscillates seed light L2, and generates terahertz light TH when the seed light L2 and pump light L1 are incident. a nonlinear optical crystal 4, and a light guiding means 5 for making the seed light L2 oscillated from the seed light oscillator 3 incident on the nonlinear optical crystal 4 at a predetermined angle of incidence, and these are connected to a personal computer (PC) or the like. It is controlled by a control means 6 consisting of a programmable logic computer (PLC).
According to the terahertz light generation device 1 having the above configuration, the terahertz light TH is generated by making the seed light L2 and the pump light L1 enter the nonlinear optical crystal 4 at a required intersection angle θ that satisfies the phase matching condition. The terahertz light generator 1 of this embodiment is configured as a light injection type terahertz parametric generator (Is-TPG).

上記ポンプ光発振器2はポンプ光L1としてのレーザ光を照射するマイクロチップレーザからなり、非線形光学結晶4の端面4Aから離隔した位置に、非線形光学結晶4と同じ高さに水平に支持されている。
上記ポンプ光発振器2より発振されたポンプ光L1は非線形光学結晶4の端面4Aの中央部(端面4Aに非線形光学結晶4の軸心が交差する位置)に対して垂直に入射するようになっている。
またポンプ光L1の光軸上には、非線形光学結晶4を通過したポンプ光L1および、非線形光学結晶4内で生成されたアイドラー光L3を吸収するダンパー7が設けられている。
さらに、上記ポンプ光発振器2と非線形光学結晶4との間にはコリメータ8が配置され、このコリメータ8によって平行光線に調整された後のポンプ光L1が非線形光学結晶4の端面4Aに入射されるようになっている。
そしてポンプ光発振器2は、ポンプ光L1としてのレーザ光を非線形光学結晶4に向けてパルス発振し、本実施例においてパルスレーザの波長は1064.4nmであり、パルス発振する際の繰り返し周波数は100Hz、パルス幅400psecとなっている。
The pump light oscillator 2 is composed of a microchip laser that emits laser light as the pump light L1, and is supported horizontally at the same height as the nonlinear optical crystal 4 at a position apart from the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4. .
The pump light L1 oscillated by the pump light oscillator 2 is incident perpendicularly to the center of the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4 (the position where the axis of the nonlinear optical crystal 4 intersects the end surface 4A). There is.
Further, a damper 7 is provided on the optical axis of the pump light L1 to absorb the pump light L1 that has passed through the nonlinear optical crystal 4 and the idler light L3 generated within the nonlinear optical crystal 4.
Further, a collimator 8 is disposed between the pump light oscillator 2 and the nonlinear optical crystal 4, and the pump light L1 is adjusted into a parallel beam by the collimator 8, and then enters the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4. It looks like this.
The pump light oscillator 2 pulses the laser light as the pump light L1 toward the nonlinear optical crystal 4. In this embodiment, the wavelength of the pulsed laser is 1064.4 nm, and the repetition frequency during pulse oscillation is 100 Hz. , the pulse width is 400 psec.

上記シード光発振器3はシード光L2としてのレーザ光を照射する半導体レーザからなり、上記非線形光学結晶4の軸心と平行な状態で、かつ、非線形光学結晶4と同じ高さで水平に固定されている。
シード光発振器3は、シード光L2を連続的に発振するようになっており、発振された直後のシード光L2の光路は、非線形光学結晶4の軸心と平行であるものの、発振方向はポンプ光発振器2から発振されるポンプ光L1の発振方向と逆方向に設定されている。
そして本実施例では、シード光L2としてのレーザ光の波長は1068~1075nmの範囲で可変可能となっており、これにより上記非線形光学結晶4からは0.8~3THzのテラヘルツ光THを発生させることが可能となっている。
The seed light oscillator 3 is composed of a semiconductor laser that emits laser light as the seed light L2, and is fixed horizontally in parallel to the axis of the nonlinear optical crystal 4 and at the same height as the nonlinear optical crystal 4. ing.
The seed light oscillator 3 is configured to continuously oscillate the seed light L2, and although the optical path of the seed light L2 immediately after oscillation is parallel to the axis of the nonlinear optical crystal 4, the oscillation direction is parallel to the pump axis. The direction is set opposite to the oscillation direction of the pump light L1 oscillated from the optical oscillator 2.
In this embodiment, the wavelength of the laser beam as the seed light L2 is variable in the range of 1068 to 1075 nm, so that the nonlinear optical crystal 4 generates terahertz light TH of 0.8 to 3 THz. It is now possible.

上記非線形光学結晶4は四角柱状に形成されており、軸心が所定高さで水平に設けられており、当該非線形光学結晶4におけるポンプ光発振器2側の端面4Aには、上記ポンプ光L1とシード光L2とが交差して入射するようになっている。
上記非線形光学結晶4の端面4Aに入射するポンプ光L1とシード光L2との交差角θが位相整合条件を満たしている場合には、非線形光学結晶4においてテラヘルツ光THが発生するようになっている。
また上記ポンプ光L1とシード光L2との交差位置が非線形光学結晶4の端面4Aに位置している場合には、テラヘルツ光THを高効率で発生させることが可能となっている。
そして本実施例では、テラヘルツ光発生装置1のメンテナンス時などの際に、ポンプ光L1とシード光L2との交差位置を上記端面4Aに位置させるため、上記非線形光学結晶4を上記ポンプ光L1の光軸方向に沿って移動させる結晶移動手段14を備えている。
The nonlinear optical crystal 4 is formed into a quadrangular column shape, and its axis is provided horizontally at a predetermined height. The seed light L2 is made to cross and enter.
When the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 incident on the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4 satisfies the phase matching condition, terahertz light TH is generated in the nonlinear optical crystal 4. There is.
Further, when the intersection position of the pump light L1 and the seed light L2 is located at the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4, it is possible to generate the terahertz light TH with high efficiency.
In this embodiment, in order to position the intersection position of the pump light L1 and the seed light L2 at the end surface 4A during maintenance of the terahertz light generator 1, the nonlinear optical crystal 4 is connected to the pump light L1. A crystal moving means 14 is provided for moving the crystal along the optical axis direction.

そして非線形光学結晶4における側面にはシリコンプリズム11が一体に取り付けられており、当該シリコンプリズム11を介してテラヘルツ光THが外方へ放射されるようになっている。
またシリコンプリズム11より照射されるテラヘルツ光THの光路上には、一対の凸レンズ12A、12Bが離隔されて配置され、また外方側の凸レンズ12Bに隣接した位置には検査対象物Oの検査に用いる受光素子13が配置されている。
このような構成により、検査対象物Oの検査作業時においては、一対の凸レンズ12A、12Bの中間の位置に検査対象物Oをセットし、検査対象物Oを透過した後のテラヘルツ光THを上記受光素子13に受光させることで、検査対象物Oの品質の良否を判定するようになっている。
A silicon prism 11 is integrally attached to the side surface of the nonlinear optical crystal 4, and the terahertz light TH is radiated outward through the silicon prism 11.
In addition, a pair of convex lenses 12A and 12B are arranged spaced apart on the optical path of the terahertz light TH emitted from the silicon prism 11, and a pair of convex lenses 12A and 12B are arranged at a distance from each other on the optical path of the terahertz light TH emitted from the silicon prism 11. A light receiving element 13 to be used is arranged.
With such a configuration, when inspecting the inspection object O, the inspection object O is set at an intermediate position between the pair of convex lenses 12A and 12B, and the terahertz light TH after passing through the inspection object O is By causing the light receiving element 13 to receive light, the quality of the inspection object O is determined.

上記導光手段5は、上記シード光発振器3から発振されたシード光L2を上記非線形光学結晶4に導光するものとなっており、ポンプ光L1の光軸に対してシード光発振器3側(図示上方)に設けた第1全反射ミラー21と、ポンプ光L1の光軸に対して反対側(図示下方)に設けた第2全反射ミラー22と、第1全反射ミラー21と第2全反射ミラー22との間に設けられた凸レンズ23とから構成されている。
またシード光発振器3と第1全反射ミラー21との間には、シード光L2の光路上にコリメータ24が設けられており、シード光発振器3から発振された直後のシード光L2をコリメータ24によって平行光線となるように調整するようになっている。
上記第1全反射ミラー21はシード光発振器3から発振されたシード光L2の光軸に対して45°傾斜された状態で支持されており、これにより上記シード光L2を上記凸レンズ23に向けて90°の角度で反射させるようになっている。
また本実施例の第1全反射ミラー21は、ミラー移動手段25によってシード光発振器3から発振された直後のシード光L2の光軸方向に移動可能となっており、後述するようにテラヘルツ光THの波長を変更する際に用いられる。
The light guide means 5 guides the seed light L2 oscillated from the seed light oscillator 3 to the nonlinear optical crystal 4, and is located on the side of the seed light oscillator 3 (with respect to the optical axis of the pump light L1). A first total reflection mirror 21 provided on the opposite side (lower part in the figure) with respect to the optical axis of the pump light L1; It is composed of a convex lens 23 provided between a reflecting mirror 22 and a convex lens 23.
Further, a collimator 24 is provided between the seed light oscillator 3 and the first total reflection mirror 21 on the optical path of the seed light L2, and the collimator 24 passes the seed light L2 immediately after being oscillated from the seed light oscillator 3. It is designed to adjust so that the light beams are parallel.
The first total reflection mirror 21 is supported at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the seed light L2 emitted from the seed light oscillator 3, thereby directing the seed light L2 toward the convex lens 23. It is designed to reflect at a 90° angle.
Further, the first total reflection mirror 21 of this embodiment is movable by the mirror moving means 25 in the optical axis direction of the seed light L2 immediately after being oscillated from the seed light oscillator 3, and as described later, Used to change the wavelength of light.

上記第2全反射ミラー22は、第1全反射ミラー21によって反射された後のシード光L2の光軸に対して所定角度傾斜した状態に固定されている。より具体的には、図1の左右方向を0°とした場合において、それに対する第2全反射ミラー22の傾斜角度は1~2°程度に設定されている。
これにより、第2全反射ミラー22で反射したシード光L2は上記非線形光学結晶4の端面4Aに対して傾斜した状態で入射することとなり、これにより上記端面4Aにおいてポンプ光L1とシード光L2とが交差するようになっている。
The second total reflection mirror 22 is fixed to be tilted at a predetermined angle with respect to the optical axis of the seed light L2 after being reflected by the first total reflection mirror 21. More specifically, when the left-right direction in FIG. 1 is 0°, the inclination angle of the second total reflection mirror 22 with respect to it is set to about 1 to 2°.
As a result, the seed light L2 reflected by the second total reflection mirror 22 enters the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4 in an inclined state, so that the pump light L1 and the seed light L2 are separated at the end surface 4A. are now intersecting.

上記凸レンズ23は、上記シード光発振器3から発振されて上記第1全反射ミラー21で反射したシード光L2を、上記第2全反射ミラー22に向けて集光し、さらに非線形光学結晶4の端面4Aの中心に斜めに入射させ、当該端面4Aにおいてシード光L2がポンプ光L1と交差するようにする。
つまり、上記第1全反射ミラー21をミラー移動手段25によって移動させると、凸レンズ23に対するシード光L2の入射位置が変更されるが、凸レンズ23の焦点位置は、集光したシード光L2を第2全反射ミラー22によって反射させた後、非線形光学結晶4の端面4Aの中心に集光するように設定されている。
ここで、例えばテラヘルツ光発生装置1のメンテナンスを行った場合など、導光手段5によって導光したシード光L2が端面4Aでポンプ光L1と交差しなかった場合には、上記非線形光学結晶4を上記結晶移動手段14によって移動させ、交差位置が端面4Aに位置するようにする。
The convex lens 23 focuses the seed light L2 oscillated from the seed light oscillator 3 and reflected by the first total reflection mirror 21 toward the second total reflection mirror 22, and further focuses the seed light L2 on the end face of the nonlinear optical crystal 4. The seed light L2 is made to enter the center of the light beam 4A obliquely so that the seed light L2 intersects with the pump light L1 at the end surface 4A.
That is, when the first total reflection mirror 21 is moved by the mirror moving means 25, the incident position of the seed light L2 with respect to the convex lens 23 is changed, but the focal position of the convex lens 23 is such that the condensed seed light L2 is After being reflected by the total reflection mirror 22, the light is set to be focused on the center of the end face 4A of the nonlinear optical crystal 4.
Here, when the seed light L2 guided by the light guiding means 5 does not intersect with the pump light L1 at the end surface 4A, for example when maintenance is performed on the terahertz light generating device 1, the nonlinear optical crystal 4 is The crystal is moved by the crystal moving means 14 so that the intersection position is located at the end face 4A.

本実施例のテラヘルツ光発生装置1では、検査対象物Oの種類に応じてテラヘルツ光THの波長を変更することが可能であるが、そのためにはテラヘルツ光THを発生させるための位相整合条件が変化することとなる。
そこで制御手段6は、シード光発振器3から発振されるシード光L2の波長を変更するとともに、上記導光手段5を制御することにより、ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを上記位相整合条件を満たす所要の角度に変更する動作が必要となる。
具体的には、上記第1全反射ミラー21をシード光発振器3から発振された直後のシード光L2の光路に沿って移動させることで、シード光L2を非線形光学結晶4の端面4Aに入射させる入射角を変更し、これによりポンプ光L1とシード光L2との交差角θを変更するようになっている。
制御手段6には、発生させるテラヘルツ光THの波長ごとに、第1全反射ミラー21の位置が登録されているため、使用するテラヘルツ光THを制御手段6に指示することにより、自動的に第1全反射ミラー21を移動させて上記ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを変更することができる。
しかしながら、上記導光手段5のミラー移動手段22に機械的な誤差などが存在する場合、第1全反射ミラー21の位置がずれてシード光L2が所定の入射角とは違う角度で非線形光学結晶4に入射することとなる。
その結果、上記ポンプ光L1とシード光L2との交差角θが位相整合条件を満たさず、所要のテラヘルツ光THが得られないこととなるため、導光手段5によってシード光L2の導光経路を変更した後には、実際にポンプ光L1とシード光L2とが所要の交差角θで非線形光学結晶4の端面4Aに入射しているか否かを確認する必要があり、誤差が認められた場合にはこれを修正する必要がある。
In the terahertz light generating device 1 of this embodiment, it is possible to change the wavelength of the terahertz light TH depending on the type of the object O to be inspected, but to do so, the phase matching conditions for generating the terahertz light TH must be met. Things will change.
Therefore, the control means 6 changes the wavelength of the seed light L2 oscillated from the seed light oscillator 3, and controls the light guide means 5 to adjust the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 to the above-mentioned phase. An operation is required to change the angle to a required angle that satisfies the matching condition.
Specifically, by moving the first total reflection mirror 21 along the optical path of the seed light L2 immediately after being oscillated from the seed light oscillator 3, the seed light L2 is made to enter the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4. The angle of incidence is changed, thereby changing the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2.
Since the position of the first total reflection mirror 21 is registered in the control means 6 for each wavelength of the terahertz light TH to be generated, by instructing the control means 6 which terahertz light TH to use, the position of the first total reflection mirror 21 is automatically set. 1. By moving the total reflection mirror 21, the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 can be changed.
However, if there is a mechanical error in the mirror moving means 22 of the light guide means 5, the position of the first total reflection mirror 21 is shifted, and the seed light L2 enters the nonlinear optical crystal at an angle different from the predetermined incident angle. It will be incident on 4.
As a result, the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 does not satisfy the phase matching condition, and the required terahertz light TH cannot be obtained. After changing, it is necessary to check whether the pump light L1 and the seed light L2 are actually incident on the end face 4A of the nonlinear optical crystal 4 at the required intersection angle θ, and if an error is found. needs to fix this.

そこで本実施例のテラヘルツ光発生装置1は、導光手段5によって導光された後の上記ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを測定する交差角測定装置31を備えており、測定の結果交差角θがずれていた場合にはこれを修正することが可能となっている。
上記交差角測定装置31は導光手段5と非線形光学結晶4との間に設けられており、より具体的には上記ポンプ光発振器2によって照射されたポンプ光L1の光軸上であって、かつ導光手段5の第2全反射ミラー22で反射した直後のシード光L2の光軸上に設けられている。
図2に示すように、交差角測定装置31は、ポンプ光L1およびシード光L2の光路上に設けられた2つの1/2波長板32A、32Bと、1/2波長板32Aと1/2波長板32Bとの間に設けられた偏光ビームスプリッタ33と、偏光ビームスプリッタ33によって取り出されたポンプ光L1およびシード光L2の光路上に設けられた交差位置規定部材としてのアイリスプレート34と、アイリスプレート34を移動させるアイリスプレート移動手段35と、アイリスプレート34に形成された通過部としての細孔34aを通過したポンプ光L1およびシード光L2を受光する撮像手段としてのカメラ36と、上記アイリスプレート34とカメラ36との部材間距離Dを測定する部材間距離測定手段37とから構成されている。
また制御手段6には、上記カメラ36が撮像した画像から上記ポンプ光L1の光軸とシード光L2の光軸との光軸間距離dを測定する光軸間距離測定手段38と、上記光軸間距離dと上記部材間距離Dとから上記ポンプ光L1と上記シード光L2との交差角θを算出する算出手段39とが設けられている。
Therefore, the terahertz light generating device 1 of this embodiment is equipped with a crossing angle measuring device 31 that measures the crossing angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 after being guided by the light guiding means 5. If the intersection angle θ is deviated as a result of this, it is possible to correct this.
The crossing angle measuring device 31 is provided between the light guide means 5 and the nonlinear optical crystal 4, and more specifically, on the optical axis of the pump light L1 irradiated by the pump light oscillator 2, Further, it is provided on the optical axis of the seed light L2 immediately after being reflected by the second total reflection mirror 22 of the light guiding means 5.
As shown in FIG. 2, the crossing angle measuring device 31 includes two half-wave plates 32A and 32B provided on the optical path of the pump light L1 and the seed light L2, and a half-wave plate 32A and a half-wave plate 32A. A polarizing beam splitter 33 provided between the wavelength plate 32B, an iris plate 34 as an intersection position defining member provided on the optical path of the pump light L1 and the seed light L2 extracted by the polarizing beam splitter 33, An iris plate moving means 35 for moving the plate 34, a camera 36 as an imaging means for receiving the pump light L1 and seed light L2 that have passed through the pores 34a as a passage portion formed in the iris plate 34, and the iris plate. 34 and an inter-member distance measuring means 37 for measuring the inter-member distance D between the camera 36 and the camera 36.
The control means 6 also includes an inter-optical axis distance measuring means 38 for measuring an inter-optical axis distance d between the optical axis of the pump light L1 and the optical axis of the seed light L2 from the image taken by the camera 36; Calculating means 39 is provided for calculating an intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 from the inter-axial distance d and the inter-member distance D.

上記1/2波長板32A、32Bは、通過する光の偏光方向を調整する光学素子であって、従来公知のものとなっている。
2つの1/2波長板32A、32Bのうち、ポンプ光発振器2および導光手段5側に位置する1/2波長板32Aは、透過させたポンプ光L1およびシード光L2が上記偏光ビームスプリッタ33で反射する割合を調整するものとなっている。
本実施例では例えば偏光ビームスプリッタ33に到達したポンプ光L1およびシード光L2のうち、5~10%を上記カメラ36側に反射させるような反射率に設定されている。
一方、非線形光学結晶4側に位置する1/2波長板32Bは、偏光ビームスプリッタ33で反射せずに透過したポンプ光L1およびシード光L2の偏光方向を、上記非線形光学結晶4に入射させるために元の偏光方向に戻すようになっている。
The 1/2 wavelength plates 32A and 32B are conventionally known optical elements that adjust the polarization direction of passing light.
Of the two 1/2 wavelength plates 32A and 32B, the 1/2 wavelength plate 32A located on the side of the pump light oscillator 2 and the light guiding means 5 transmits the pump light L1 and seed light L2 transmitted to the polarizing beam splitter 33. This is used to adjust the rate of reflection.
In this embodiment, the reflectance is set such that, for example, 5 to 10% of the pump light L1 and seed light L2 that have reached the polarizing beam splitter 33 are reflected toward the camera 36 side.
On the other hand, the half-wave plate 32B located on the side of the nonlinear optical crystal 4 allows the polarization direction of the pump light L1 and the seed light L2 that have passed through the polarization beam splitter 33 without being reflected to be incident on the nonlinear optical crystal 4. The polarization direction is then returned to the original polarization direction.

上記偏光ビームスプリッタ33は、所定方向の偏光方向の光を反射させるとともに、それ以外の偏光方向の光を透過させる従来公知の光学素子であって、上流側の1/2波長板32Aによって偏光方向が調整されたポンプ光L1およびシード光L2を上記カメラ36(図示下方)に向けて反射させるものとなっている。
本実施例では、上記ポンプ光発振器2より照射されるポンプ光L1の光軸に対して45°の角度で反射面が設けられており、このためポンプ光L1は偏光ビームスプリッタ33によって90°の角度で反射するようになっている。
一方シード光L2も偏光ビームスプリッタ33によって反射した後、上記カメラ36側においてポンプ光L1と交差するようになっている。
ここで、上記偏光ビームスプリッタ33で反射したポンプ光L1とシード光L2との交差角θと、偏光ビームスプリッタ33を透過したポンプ光L1とシード光L2との交差角θとは同じ角度となる。
また上記偏光ビームスプリッタ33で反射したポンプ光L1とシード光L2との交差位置と、偏光ビームスプリッタ33を透過したポンプ光L1とシード光L2との交差位置とは、ポンプ光発振器2およびシード光発振器3からの光路長が同じとなる。
The polarizing beam splitter 33 is a conventionally known optical element that reflects light in a predetermined polarization direction and transmits light in other polarization directions. The adjusted pump light L1 and seed light L2 are reflected toward the camera 36 (lower in the figure).
In this embodiment, a reflective surface is provided at an angle of 45° to the optical axis of the pump light L1 emitted from the pump light oscillator 2, and therefore the pump light L1 is rotated at an angle of 90° by the polarizing beam splitter 33. It is designed to reflect at different angles.
On the other hand, after the seed light L2 is also reflected by the polarizing beam splitter 33, it intersects with the pump light L1 on the camera 36 side.
Here, the intersection angle θ between the pump light L1 reflected by the polarizing beam splitter 33 and the seed light L2 and the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 transmitted through the polarizing beam splitter 33 are the same angle. .
Further, the intersection position of the pump light L1 reflected by the polarization beam splitter 33 and the seed light L2 and the intersection position of the pump light L1 and the seed light L2 transmitted through the polarization beam splitter 33 are the same as those of the pump light oscillator 2 and the seed light L2. The optical path length from the oscillator 3 becomes the same.

上記アイリスプレート34は例えば板厚0.2~0.3mmの板状部材によって構成され、アイリスプレート34は上記ポンプ光L1の光軸に対して直交するように設けられている。アイリスプレート34のほぼ中央には通過部として上記細孔34aが穿設され、当該細孔34aはポンプ光L1の光軸の位置に合わせて設けられている。
そして、上記アイリスプレート移動手段35は上記アイリスプレート34を上記ポンプ光L1の光軸方向に移動させ、例えば駆動手段によって回転するボールねじを用いてアイリスプレート34を移動させる機構を採用することができる。
The iris plate 34 is formed of a plate-like member having a thickness of 0.2 to 0.3 mm, for example, and is provided so as to be perpendicular to the optical axis of the pump light L1. The above-mentioned pore 34a is provided as a passage section approximately in the center of the iris plate 34, and the pore 34a is provided in alignment with the optical axis of the pump light L1.
The iris plate moving means 35 moves the iris plate 34 in the optical axis direction of the pump light L1, and may adopt a mechanism in which the iris plate 34 is moved using, for example, a ball screw rotated by a driving means. .

次に、上記アイリスプレート34の細孔34aは直径約0.5mmの円形に穿設されており、これに対し上記偏光ビームスプリッタ33で反射したポンプ光L1およびシード光L2は、アイリスプレート34に入射する際には断面形状が縦2~3mm、横5~6mm程度の楕円形となっている。
このため、アイリスプレート34をポンプ光L1とシード光L2との交差位置に位置させ、ポンプ光L1およびシード光L2が細孔34aを通過しても、これらの光軸近傍の部分のみが通過し、その他の部分は遮られることとなる。
その結果、上記カメラ36にはポンプ光L1およびシード光L2が断面形状が細孔34aによって円形形状にケラれた状態で受光されるようになっている(図3参照)。
このように、本実施例のアイリスプレート34では上記細孔34aによってポンプ光L1およびシード光L2のエネルギーの高い部分だけを取り出すようになっており、具体的に上記細孔34aの直径を以下のように設定することができる。
まず、ポンプ光L1およびシード光L2がいわゆるガウシアンビームである場合、その光軸部分のビーム強度が高くなり、その外周に向けてビーム強度が減少していくこととなる。
第1の方法としては、レーザ光の光軸部分を中心として、ビーム強度がピーク値(光軸部分)に対して1/eとなる2点間を結び、その距離を細孔34aの直径とする方法が考えられる。
また第2の方法としては、レーザ光のビーム強度の分布がガウシアン分布の場合、その強度分布を示すガウス曲線の標準偏差に対し、4倍(D4σ)の距離を細孔34aの直径とする方法が考えられる。
Next, the pore 34a of the iris plate 34 is formed in a circular shape with a diameter of about 0.5 mm, and the pump light L1 and seed light L2 reflected by the polarizing beam splitter 33 pass through the iris plate 34. When incident, the cross-sectional shape is an ellipse with a length of about 2 to 3 mm and a width of about 5 to 6 mm.
Therefore, even if the iris plate 34 is located at the intersection of the pump light L1 and the seed light L2, and the pump light L1 and the seed light L2 pass through the pore 34a, only the portion near the optical axis of these light passes. , other parts will be blocked.
As a result, the pump light L1 and the seed light L2 are received by the camera 36 in a state where the cross-sectional shape is eclipsed into a circular shape by the pores 34a (see FIG. 3).
In this way, in the iris plate 34 of this embodiment, only the high-energy parts of the pump light L1 and the seed light L2 are extracted through the pores 34a, and specifically, the diameter of the pores 34a is set as follows. It can be set as follows.
First, when the pump light L1 and the seed light L2 are so-called Gaussian beams, the beam intensity becomes high at the optical axis portion and decreases toward the outer periphery.
The first method is to connect two points centered on the optical axis of the laser beam, where the beam intensity is 1/e 2 of the peak value (optical axis), and calculate the distance as the diameter of the pore 34a. One possible method is to do this.
A second method is a method in which when the beam intensity distribution of the laser beam is Gaussian distribution, the diameter of the pore 34a is set to a distance four times (D4σ) the standard deviation of the Gaussian curve that indicates the intensity distribution. is possible.

上記カメラ36は従来公知のものを使用することができ、撮影した画像は上記制御手段6に送信されると従来公知の方法を用いてグレースケール化され、制御手段6は各画素の輝度からポンプ光L1およびシード光L2の光軸の位置を認識するようになっている。
具体的には、上記ポンプ光L1は常にアイリスプレート34の細孔34aを垂直に通過するため、カメラ36の受光素子36aの同じ位置に垂直に入射するようになっている。
このため制御手段6は、上記ポンプ光L1については同じ位置で受光した光のうち、最も輝度の高い位置を、ビーム強度の高いポンプ光L1の光軸部分として認識する。
上述したように、上記ポンプ光L1およびシード光L2がアイリスプレート34に到達するまでの光路長は、これらポンプ光L1およびシード光L2が非線形光学結晶4の端面4Aに到達するまでの光路長と同じであるため、シード光L2はアイリスプレート34の細孔34aを上記端面4Aへの入射角と同じ角度で通過することとなる。
そして細孔34aを通過したシード光L2は、カメラ36の受光素子36aに対して斜めに入射し、また制御手段6は、上記シード光L2についても最も輝度の高い位置をシード光L2の光軸部分として認識する。
A conventionally known camera can be used as the camera 36, and when the photographed image is sent to the control means 6, it is converted into a gray scale using a conventionally known method, and the control means 6 pumps the brightness of each pixel. The positions of the optical axes of the light L1 and the seed light L2 are recognized.
Specifically, since the pump light L1 always passes vertically through the pore 34a of the iris plate 34, it is vertically incident on the same position of the light receiving element 36a of the camera 36.
For this reason, the control means 6 recognizes the position of the highest brightness among the lights received at the same position regarding the pump light L1 as the optical axis portion of the pump light L1 having a high beam intensity.
As described above, the optical path length of the pump light L1 and seed light L2 until they reach the iris plate 34 is the same as the optical path length of the pump light L1 and seed light L2 until they reach the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4. Therefore, the seed light L2 passes through the pore 34a of the iris plate 34 at the same angle of incidence as the angle of incidence on the end surface 4A.
The seed light L2 that has passed through the pore 34a is obliquely incident on the light receiving element 36a of the camera 36, and the control means 6 also controls the optical axis of the seed light L2 to adjust the position of the highest brightness to the light receiving element 36a of the camera 36. Recognize it as a part.

ここで、例えばテラヘルツ光発生装置1のメンテナンスを行ったことにより、ポンプ光L1とシード光L2との交差位置がずれると、非線形光学結晶4を上記結晶移動手段14によって移動させて端面4Aの位置を修正するが、これに伴い、同じ光路長に位置するアイリスプレート34も移動させる必要がある。
つまり、アイリスプレート34がポンプ光L1とシード光L2との交差位置に位置していない場合には、上記細孔34aを通過できず、受光素子36aに受光されないこととなる。
すると、制御手段6は上記アイリスプレート移動手段35によってアイリスプレート34をポンプ光L1の光軸方向に例えば0.5mmピッチで移動させる。
すると、シード光L2の一部が細孔34aを通過するようになるが、シード光L2の光軸部分が細孔34aを通過していない場合には、受光素子36aが受光した光の輝度が所定のしきい値に達しないため、制御手段6はシード光L2の光軸部分が細孔34aを通過していないものとして認識する。
そして、アイリスプレート34がポンプ光L1とシード光L2との交差位置に位置すると、シード光L2の光軸部分が細孔34aを通過するようになり、受光素子36aでは受光した光の輝度が上記しきい値を超えることから、制御手段6はシード光L2の光軸部分を認識することができる。
Here, if the intersection position of the pump light L1 and the seed light L2 shifts due to maintenance of the terahertz light generator 1, for example, the nonlinear optical crystal 4 is moved by the crystal moving means 14 to position the end face 4A. However, in conjunction with this, it is necessary to also move the iris plate 34 located at the same optical path length.
That is, if the iris plate 34 is not located at the intersection of the pump light L1 and the seed light L2, the light cannot pass through the pore 34a and will not be received by the light receiving element 36a.
Then, the control means 6 causes the iris plate moving means 35 to move the iris plate 34 in the optical axis direction of the pump light L1 at a pitch of, for example, 0.5 mm.
Then, a part of the seed light L2 comes to pass through the pore 34a, but if the optical axis portion of the seed light L2 does not pass through the pore 34a, the brightness of the light received by the light receiving element 36a decreases. Since the predetermined threshold value is not reached, the control means 6 recognizes that the optical axis portion of the seed light L2 does not pass through the pore 34a.
Then, when the iris plate 34 is located at the intersection of the pump light L1 and the seed light L2, the optical axis portion of the seed light L2 passes through the pore 34a, and the brightness of the received light in the light receiving element 36a increases as above. Since the threshold value is exceeded, the control means 6 can recognize the optical axis portion of the seed light L2.

このようにして制御手段6がポンプ光L1の光軸およびシード光L2の光軸を認識すると、上記光軸間距離測定手段38がポンプ光L1の光軸の位置とシード光L2の光軸の位置との光軸間距離dを測定する。
上記部材間距離測定手段37は従来公知のリニアスケールによって構成され、上記ポンプ光L1とシード光L2との交差位置に位置しているアイリスプレート34とカメラ36の受光素子36aとの部材間距離Dを測定する。
そして上記算出手段39は、光軸間距離測定手段38が測定した光軸間距離dと、部材間距離測定手段37が測定した部材間距離Dとから、ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを算出する。
本実施例では、ポンプ光L1が受光素子36aに対して垂直に入射していることから、上記光軸間距離dと部材間距離Dとに基づいて容易に交差角θを算出することが可能となっている(θ=atan(d/D))。
ここで算出したポンプ光L1とシード光L2との交差角θは、本実施例では上記受光素子36aに対するシード光L2の入射角を意味し、これをさらに換言すると、非線形光学結晶4の端面4Aに対するシード光L2の入射角を意味している。
When the control means 6 recognizes the optical axis of the pump light L1 and the optical axis of the seed light L2 in this way, the inter-optical axis distance measuring means 38 detects the position of the optical axis of the pump light L1 and the optical axis of the seed light L2. Measure the distance d between the optical axes and the position.
The inter-member distance measuring means 37 is constituted by a conventionally known linear scale, and the inter-member distance D between the iris plate 34 and the light receiving element 36a of the camera 36 located at the intersection of the pump light L1 and the seed light L2. Measure.
The calculation means 39 calculates the intersection of the pump light L1 and the seed light L2 from the distance d between optical axes measured by the distance measurement means 38 and the distance D between members measured by the distance measurement means 37. Calculate the angle θ.
In this embodiment, since the pump light L1 is perpendicularly incident on the light receiving element 36a, it is possible to easily calculate the intersection angle θ based on the distance d between the optical axes and the distance D between the members. (θ=atan(d/D)).
In this embodiment, the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 calculated here means the incident angle of the seed light L2 with respect to the light receiving element 36a, and in other words, the end face 4A of the nonlinear optical crystal 4 This means the angle of incidence of the seed light L2 relative to the angle of incidence of the seed light L2.

以下、上記構成を有する交差角測定装置31を用いて、テラヘルツ光発生装置1から所定の波長のテラヘルツ光THを発生させるための調整作業の手順について説明する。
まず制御手段6には、所定のテラヘルツ光THに対応するシード光L2の波長や、位相整合条件を満たすポンプ光L1とシード光L2との交差角θを形成するための導光手段5における第1全反射ミラー21の位置が登録されている。
上記ポンプ光発振器2がポンプ光L1を照射し、シード光発振器3がシード光L2を照射すると、ポンプ光L1は非線形光学結晶4の端面4Aに入射し、上記シード光L2は上記導光手段5に導光された後、所要の傾斜角で上記端面4Aに入射する。
この時、ポンプ光L1とシード光L2とが所定の位相整合条件を満たした交差角θで非線形光学結晶4の端面4Aに入射すれば、非線形光学結晶4から所要のテラヘルツ光THが発生することとなる。
しかしながら、機械的な誤差等によって上記導光手段5の第1全反射ミラー21の位置が微妙にずれている場合など、シード光L2が所定の入射角で非線形光学結晶4の端面4Aに入射しない場合、位相整合条件が満たされないことから、所要のテラヘルツ光THが得られないこととなる。
Hereinafter, a procedure of adjustment work for generating terahertz light TH of a predetermined wavelength from the terahertz light generating device 1 using the crossing angle measuring device 31 having the above configuration will be described.
First, the control means 6 controls the wavelength of the seed light L2 corresponding to the predetermined terahertz light TH, and the wavelength of the seed light L2 in the light guiding means 5 for forming an intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 that satisfies the phase matching condition. 1. The position of total reflection mirror 21 is registered.
When the pump light oscillator 2 irradiates the pump light L1 and the seed light oscillator 3 irradiates the seed light L2, the pump light L1 enters the end face 4A of the nonlinear optical crystal 4, and the seed light L2 is transmitted to the light guiding means 5. After being guided, the light enters the end surface 4A at a required angle of inclination.
At this time, if the pump light L1 and the seed light L2 are incident on the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4 at an intersection angle θ that satisfies a predetermined phase matching condition, the required terahertz light TH is generated from the nonlinear optical crystal 4. becomes.
However, if the position of the first total reflection mirror 21 of the light guiding means 5 is slightly shifted due to mechanical error or the like, the seed light L2 does not enter the end surface 4A of the nonlinear optical crystal 4 at a predetermined incident angle. In this case, the required terahertz light TH cannot be obtained because the phase matching condition is not satisfied.

そこで本実施例では、上記ポンプ光L1とシード光L2とを導光手段5と非線形光学結晶4との間に設けられた交差角測定装置31に入射させ、ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを測定し、必要に応じて誤差を修正するようになっている。
まず、上記ポンプ光発振器2より照射されたポンプ光L1と、上記シード光発振器3より照射されて上記導光手段5によって導光されたシード光L2とは、交差角測定装置31の1/2波長板32Aを通過する。
これにより、ポンプ光L1およびシード光L2の偏光方向が変換され、一部のポンプ光L1およびシード光L2が上記偏光ビームスプリッタ33によって反射し、その他は下流側の1/2波長板32Bを通過した後、非線形光学結晶4に入射する。
Therefore, in this embodiment, the pump light L1 and the seed light L2 are made incident on the intersection angle measuring device 31 provided between the light guide means 5 and the nonlinear optical crystal 4, and the pump light L1 and the seed light L2 are The intersection angle θ is measured and errors are corrected as necessary.
First, the pump light L1 emitted from the pump light oscillator 2 and the seed light L2 emitted from the seed light oscillator 3 and guided by the light guiding means 5 are 1/2 of the intersection angle measuring device 31. It passes through the wave plate 32A.
As a result, the polarization directions of the pump light L1 and seed light L2 are converted, and some of the pump light L1 and seed light L2 are reflected by the polarizing beam splitter 33, and the others pass through the downstream half-wave plate 32B. After that, it enters the nonlinear optical crystal 4.

上記偏光ビームスプリッタ33で反射したポンプ光L1およびシード光L2は、その後上記アイリスプレート34に入射し、このときアイリスプレート34をポンプ光L1とシード光L2との交差位置に合わせて位置させておく。
これにより、ポンプ光L1およびシード光L2の光軸部分がアイリスプレート34の細孔34aを通過して、カメラ36にポンプ光L1とシード光L2とが受光されることとなる。
すると、制御手段6の光軸間距離測定手段38がポンプ光L1の光軸とシード光L2の光軸との光軸間距離dを測定し、一方部材間距離測定手段37がアイリスプレート34とカメラ36の受光素子36aとの部材間距離Dを測定する。
このようにして光軸間距離dおよび部材間距離Dが測定されると、上記算出手段39がこれらの測定結果からポンプ光L1とシード光L2との交差角θを算出する。
The pump light L1 and seed light L2 reflected by the polarizing beam splitter 33 then enter the iris plate 34, and at this time the iris plate 34 is positioned at the intersection of the pump light L1 and the seed light L2. .
As a result, the optical axis portions of the pump light L1 and the seed light L2 pass through the pores 34a of the iris plate 34, and the pump light L1 and the seed light L2 are received by the camera 36.
Then, the inter-optical axis distance measuring means 38 of the control means 6 measures the inter-optical axis distance d between the optical axis of the pump light L1 and the optical axis of the seed light L2, while the inter-member distance measuring means 37 measures the inter-optical axis distance d between the optical axis of the pump light L1 and the optical axis of the seed light L2. The distance D between the members and the light receiving element 36a of the camera 36 is measured.
When the distance d between optical axes and the distance D between members are measured in this way, the calculation means 39 calculates the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 from these measurement results.

このようにして算出手段39がポンプ光L1とシード光L2との交差角θを算出すると、制御手段6は算出された交差角θがテラヘルツ光THを照射するために必要な位相整合条件を満たしているか否かを判定する。
交差角θが位相整合条件を満たさない場合、制御手段6は上記導光手段5の上記ミラー移動手段22によって第1全反射ミラー21を移動させ、シード光L2の光路を補正することにより、ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを修正し、上記交差角θが上記位相整合条件を満たすまで上述した作業を繰り返す。
When the calculation means 39 calculates the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 in this way, the control means 6 determines whether the calculated intersection angle θ satisfies the phase matching condition necessary for irradiating the terahertz light TH. Determine whether or not the
When the crossing angle θ does not satisfy the phase matching condition, the control means 6 moves the first total reflection mirror 21 by the mirror moving means 22 of the light guiding means 5, and corrects the optical path of the seed light L2. The crossing angle θ between the light L1 and the seed light L2 is corrected, and the above-described operations are repeated until the crossing angle θ satisfies the phase matching condition.

このように、本実施例のテラヘルツ光発生装置1によれば、上記交差角測定装置31を用いることで、ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを容易に測定することができ、そのうえ上記交差角θを位相整合条件に容易に一致させることが可能となっている。
これに対し従来のテラヘルツ光発生装置1では、交差角測定装置31を備えていないため、ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを所要の位相整合角に一致させる作業が煩雑となっていた。
具体的に図1の構成を用いて説明すると、従来はポンプ光L1とシード光L2との交差角θを測定するために、光路上から非線形光学結晶4を取り外し、その光路上にカメラを設置する。
続いて、ポンプ光L1とシード光L2との交差位置に対する上記カメラの位置を測定しながら、当該カメラに撮影されるポンプ光L1とシード光L2との光軸間距離dを複数回測定し、この交差位置からカメラまでの距離と、各計測位置における光軸間距離dとから、ポンプ光L1とシード光L2との交差角θを算出していた。
しかしながら、この方法では非線形光学結晶4の取り外しと装着の作業が必要となり、作業が非常に煩雑であるばかりか、またその作業中に非線形光学結晶4の位置がずれる場合があった。
本実施例では、非線形光学結晶4を取り外す必要がないことから、作業が煩雑とはならず、また作業にともなう機械的なずれも生じないため、ポンプ光L1とシード光L2との交差角θの測定を容易に行うことができ、また交差角θを修正する際のずれも生じないようにすることができる。
As described above, according to the terahertz light generating device 1 of this embodiment, by using the crossing angle measuring device 31, the crossing angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 can be easily measured. It is possible to easily match the above-mentioned crossing angle θ to the phase matching condition.
On the other hand, the conventional terahertz light generating device 1 does not include the crossing angle measuring device 31, which makes the task of matching the crossing angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 with the required phase matching angle complicated. Ta.
To explain specifically using the configuration of FIG. 1, conventionally, in order to measure the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2, the nonlinear optical crystal 4 is removed from the optical path and a camera is installed on the optical path. do.
Subsequently, while measuring the position of the camera with respect to the intersection position of the pump light L1 and the seed light L2, the distance d between the optical axes of the pump light L1 and the seed light L2 photographed by the camera is measured multiple times, The intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 was calculated from the distance from this intersection position to the camera and the distance d between optical axes at each measurement position.
However, this method requires the work of removing and attaching the nonlinear optical crystal 4, which is not only very complicated, but also causes the position of the nonlinear optical crystal 4 to shift during the work.
In this embodiment, since there is no need to remove the nonlinear optical crystal 4, the work is not complicated, and no mechanical deviation occurs due to the work, so the intersection angle θ between the pump light L1 and the seed light L2 is can be easily measured, and it is also possible to prevent deviations from occurring when correcting the intersection angle θ.

なお、上記実施例においては、ポンプ光L1と発振直後のシード光L2が相互に平行となるようにポンプ光発振器2とシード光発振器3とを配置しているが、シード光L2を第1全反射ミラー21に入射させる角度を適宜変更してもよい。この場合、第1全反射ミラー21、第2全反射ミラー22を支持する角度を調整して、位相整合条件を満たすように調整すればよい。
また上記実施例では、導光手段5はシード光L2を導光するようになっているが、ポンプ光L1を導光してもよく、またポンプ光L1およびシード光L2を導光する構成としてもよい。例えば、上記特許文献1における図2に示される構成にも適用することが可能である。
さらに、上記第1全反射ミラー21は、必ずしもシード光発振器3から発振された直後のシード光L2の光軸(光路)に完全に沿って移動させる必要はない。
つまり、シード光L2に対する第1全反射ミラー21の反射角が同じであれば、シード光L2の光軸(光路)に対して傾斜する経路を第1全反射ミラー21が移動するようにしても良い。この場合には、傾斜する経路を第1全反射ミラー21が移動する際に、シード光L2が入射する位置がずれることになる。
また上記アイリスプレート34については、制御手段6によって制御されるアイリスプレート移動手段35を用いて移動させているが、手動によりアイリスプレート34を移動させる移動手段を用いてもよい。
In the above embodiment, the pump light oscillator 2 and the seed light oscillator 3 are arranged so that the pump light L1 and the seed light L2 immediately after oscillation are parallel to each other. The angle at which the light is incident on the reflection mirror 21 may be changed as appropriate. In this case, the angles at which the first total reflection mirror 21 and the second total reflection mirror 22 are supported may be adjusted so as to satisfy the phase matching condition.
Further, in the above embodiment, the light guiding means 5 is adapted to guide the seed light L2, but it may also guide the pump light L1, or may be configured to guide the pump light L1 and the seed light L2. Good too. For example, it is also possible to apply the configuration shown in FIG. 2 in Patent Document 1 mentioned above.
Further, the first total reflection mirror 21 does not necessarily need to be moved completely along the optical axis (optical path) of the seed light L2 immediately after being oscillated from the seed light oscillator 3.
In other words, if the reflection angle of the first total reflection mirror 21 with respect to the seed light L2 is the same, even if the first total reflection mirror 21 is moved along a path that is inclined with respect to the optical axis (optical path) of the seed light L2. good. In this case, when the first total reflection mirror 21 moves along the inclined path, the position where the seed light L2 is incident will shift.
Furthermore, although the iris plate 34 is moved using the iris plate moving means 35 controlled by the control means 6, a moving means for manually moving the iris plate 34 may also be used.

1 テラヘルツ光発生装置 2 ポンプ光発振器
3 シード光発振器 4 非線形光学結晶
5 導光手段 6 制御手段
21 第1全反射ミラー 22 第2全反射ミラー
23 凸レンズ 25 ミラー移動手段
31 交差角θ測定装置
33 偏光ビームスプリッタ(取り出し手段)
34 アイリスプレート(交差位置規定部材)
34a 細孔(通過部) 35 アイリスプレート移動手段
36 カメラ(撮像手段) 37 部材間距離測定手段
38 光軸間距離測定手段 39 算出手段
L1 ポンプ光 L2 シード光
TH テラヘルツ光
1 Terahertz light generator 2 Pump light oscillator 3 Seed light oscillator 4 Nonlinear optical crystal 5 Light guide means 6 Control means 21 First total reflection mirror 22 Second total reflection mirror 23 Convex lens 25 Mirror moving means 31 Intersection angle θ measuring device 33 Polarization Beam splitter (extraction means)
34 Iris plate (intersection position regulating member)
34a Pore (passing part) 35 Iris plate moving means 36 Camera (imaging means) 37 Inter-member distance measuring means 38 Inter-optical axis distance measuring means 39 Calculating means L1 Pump light L2 Seed light TH Terahertz light

Claims (4)

ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記ポンプ光上記シード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶と、上記ポンプ光上記シード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光または上記シード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段とを備えたテラヘルツ光発生装置において、
上記導光手段と上記非線形光学結晶との間に設けられ、上記ポンプ光および上記シード光の一部を取り出すとともに残りを上記非線形光学結晶に照射させる取り出し手段と、上記取り出し手段より取り出した上記ポンプ光上記シード光との交差位置に設けられ、当該ポンプ光と当該シード光とを通過させる通過部が形成された交差位置規定部材と、上記通過部を通過した上記ポンプ光および上記シード光を受光する撮像手段と、上記撮像手段が受光した画像に基づいて上記ポンプ光と上記シード光との光軸間距離を測定する光軸間距離測定手段と、上記光軸間距離と上記撮像手段から上記交差位置規定部材までの部材間距離とから、上記ポンプ光と上記シード光との交差角を算出する算出手段とを備えることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
A pump light oscillator that oscillates pump light, a seed light oscillator that oscillates seed light, and a nonlinear optical crystal that generates terahertz light when the pump light and the seed light are incident at an intersection angle that satisfies a required phase matching condition. , a light guiding means for guiding at least one of the pump light and the seed light so that the pump light and the seed light are incident on the nonlinear optical crystal at an intersection angle that satisfies the required phase matching condition; In a terahertz light generation device equipped with
an extraction means provided between the light guiding means and the nonlinear optical crystal , for taking out a part of the pump light and the seed light and irradiating the rest onto the nonlinear optical crystal; and a pump taken out from the extraction means. an intersection position defining member provided at an intersection position of the light and the seed light , and having a passage section formed therein for passing the pump light and the seed light ; an imaging means for receiving light, an optical axis distance measuring means for measuring an optical axis distance between the pump light and the seed light based on an image received by the imaging means, and a distance between the optical axes and the imaging means. A terahertz light generation device characterized by comprising: calculation means for calculating an intersection angle between the pump light and the seed light from the distance between the members to the intersection position defining member.
上記導光手段は、上記算出手段による上記ポンプ光上記シード光との交差角の算出結果に基づいて、上記ポンプ光と上記シード光との上記交差角上記位相整合条件を満たすよう、上記ポンプ光または上記シード光の導光経路を変更することを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ光発生装置。 The light guide means calculates the cross angle between the pump light and the seed light based on the calculation result of the cross angle between the pump light and the seed light by the calculation means so that the cross angle between the pump light and the seed light satisfies the phase matching condition . The terahertz light generation device according to claim 1, wherein a light guide path of the pump light or the seed light is changed. 上記交差位置規定部材を上記ポンプ光もしくは上記シード光のうちいずれか一方の光軸に沿って移動させる移動手段を備え、
上記撮像手段が受光した上記ポンプ光および上記シード光の画像に基づいて、上記交差位置規定部材が上記ポンプ光と上記シード光との上記交差位置に位置しているか否かを判定する判定手段を備え、
上記判定手段によって上記交差位置規定部材が上記ポンプ光と上記シード光との上記交差位置に位置していないと判定した場合、上記移動手段によって上記交差位置規定部材を上記ポンプ光と上記シード光との上記交差位置まで移動させることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のテラヘルツ光発生装置。
comprising a moving means for moving the intersection position defining member along the optical axis of either the pump light or the seed light ;
determination means for determining whether or not the intersection position defining member is located at the intersection position of the pump light and the seed light , based on an image of the pump light and the seed light received by the imaging means; Prepare,
If the determining means determines that the crossing position defining member is not located at the crossing position of the pump light and the seed light , the moving means moves the crossing position determining member between the pump light and the seed light. 3. The terahertz light generating device according to claim 1, wherein the terahertz light generating device is moved to the intersection position .
ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記ポンプ光上記シード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶と、上記ポンプ光上記シード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光または上記シード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段とを備えたテラヘルツ光発生装置に対し、
上記非線形光学結晶に入射する前の上記ポンプ光および上記シード光の一部を取り出し、
取り出した上記ポンプ光上記シード光とが交差する交差位置に、上記ポンプ光および上記シード光とが通過可能な通過部を有する交差位置規定部材を配置し、
上記交差位置規定部材の通過部を通過した上記ポンプ光と上記シード光とを撮像手段によって受光し、
撮像手段が撮像した画像から認識した上記ポンプ光と上記シード光との光軸間距離と、上記撮像手段から上記交差位置規定部材までの部材間距離とから、上記ポンプ光と上記シード光との交差角を算出することを特徴とするテラヘルツ光発生方法。
A pump light oscillator that oscillates pump light, a seed light oscillator that oscillates seed light, and a nonlinear optical crystal that generates terahertz light when the pump light and the seed light are incident at an intersection angle that satisfies a required phase matching condition. , a light guiding means for guiding at least one of the pump light and the seed light so that the pump light and the seed light are incident on the nonlinear optical crystal at an intersection angle that satisfies the required phase matching condition; For a terahertz light generator equipped with
Taking out a part of the pump light and the seed light before entering the nonlinear optical crystal,
disposing an intersection position defining member having a passage portion through which the pump light and the seed light can pass, at an intersection position where the extracted pump light and the seed light intersect;
receiving the pump light and the seed light that have passed through the passage portion of the intersection position defining member by an imaging means;
The distance between the pump light and the seed light is determined from the distance between the optical axes of the pump light and the seed light recognized from the image taken by the imaging means and the distance between the members from the imaging means to the intersection position defining member. A terahertz light generation method characterized by calculating an intersection angle.
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